肿瘤放射治疗学-复旦大学肿瘤医院放疗科

复旦大学肿瘤医院放疗科肿瘤放射治疗学－总论及生物学基础2008年JemalA,etal.CACancerJClin2011;61:69–90新发病例新发死亡(百万)(百万)男性6.64.2女性6.03.4总计12.77.6恶性肿瘤的全球统计2005年上海市恶性肿瘤统计标化发病率188/106，新发病例4.6万（男性54%），每千人中3人以上罹患癌症三万人因癌症死亡（男性60%），居心脑血管疾病后第二位死因，每千人中2人以上因癌症而死亡累计约18万存活着的癌症患者，每百人中就有超过1人是癌症患者上海预防医学杂志20(8):421肿瘤治疗总体概况55%22%18%5%未控手术放疗化疗BentzenSM,etal.,RadiotherOncol2005;75:355–365DelaneyG,etal..Cancer2005;104:1129–113752%-70%的患者需要接受放射治疗放射治疗(RadiationTherapy,RT)•利用电离射线(IonizingBeam)治疗疾病,特别是各类恶性肿瘤的临床学科,故亦可称放射肿瘤学-RadiationOncology•放射物理放射生物肿瘤放射治疗学临床放疗1895年Roentgen发现X线12/22/1895阴极射线管•1896年第一例放射治疗•1920sX线治疗喉癌镭治疗宫颈癌•1930sCourtard建立了分次放射治疗的方法•1950s钴-60治疗恶性肿瘤•1970sCT应用肿瘤诊断和治疗加速器治疗恶性肿瘤模拟定位机应用•1980sMRI应用肿瘤诊断和放射治疗放射治疗计划系统(TPS)应用•1990s适形放射治疗及调强放射治疗(IMRT)CT模拟机一.放射生物学基础放射物理放射生物肿瘤放射治疗学临床放疗放射治疗物理手段生物效应光子射线X射线射线粒子射线电子线(线)粒子中子负π介子质子线性能量传递(LET)单位轨迹上能量传递的水平低LET射线:X射线(10kev/μm)射线电子线高LET射线:中子(≥10kev/μm)粒子负π介子x、射线•光电效应•康普顿效应•对电子效应电离射线与物质的相互作用电子线•电离•激发•韧致辐射电离射线的剂量吸收•射线与（穿射）物质相互作用，其能量被物质吸收•单位：Gy(格雷，Gray)•1Gy=100cGy=100rad=1J/Kg1Gy=1J/Kg60J1Kg水水温↑0.0120C60Gy人?1Gy=1J/Kg60J1Kg水水温↑0.0120C60Gy人死亡放射生物学•探讨放射线与生物体的相互作用，即放射线对肿瘤组织和正常组织的效应，以及这两类组织被照射后所起的反应•主要在三个层面推动放射肿瘤学的发展：1）判明机制，提供理论基础，如对乏氧和DNA损伤修复机制的阐述2）发展新的治疗策略，如乏氧增敏剂、非常规放疗3）放疗的模式研究，即疗效或损伤预测模式和各类不同照射方式之间合理切换模式的研究辐射作用的时相•物理过程--能量吸收电离和激发（10-16至10-12秒）•化学过程--自由基形成损伤出现（10-12至10-2秒）•生化过程—DNA受损损伤修复/无法修复/错误修复（1秒至数小时）•生物过程（数小时至十数年）--细胞死亡(肿瘤控制，晚期损伤)，第二原发肿瘤细胞水平生物学024681012Dose(Gy)0.0010.010.11SurvivingfractionSC69U2SQD9A549A1847SCC61MCF7整体水平生物学分子生物学1.1分子水平的放射生物效应射线作用的靶DNA射线引致DNA损伤利用由钋产生的α粒子进行的微束实验显示：细胞核是辐射敏感部位DNA是主要的靶点Poloniumαparticles010µmScaleofcellandneedle•直接作用：任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直接作用于细胞的关键靶区，使靶自身被激发或电离，从而产生一系列的生物改变。•间接作用：辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水），产生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。射线的直接和间接作用射线作用的分类射线直接破坏DNA直接作用射线产生的自由基破坏DNA间接作用H+OH-每1Gy产生:碱基损伤1000单链断裂-1000双链断裂-40照射对克隆源细胞体外存活的影响XX存活细胞定义：有形成集落的能力，即分裂生长成50个细胞的能力，也称为“集落形成”coloningforming受损伤细胞的转归•凋亡•分裂死亡•分裂畸变•不能分裂,但保持生理功能•分裂一代或几代失去分裂能力•没有改变或改变很少•加速再增殖1.2细胞水平的放射生物效应•G0---静止期•G1---DNA合成前期•S---DNA合成期•G2---DNA合成后期•M---有丝分裂期细胞周期•G0、S期相对不敏感•G1期相对敏感•G2、M期敏感放射生物学中的五个R•放射损伤的修复(repair)•细胞周期再分布(redistribution)•再充氧(reoxygenation)•再增殖(repopulation)•放射敏感性(rediosensitivity)放射损伤的修复•亚致死性损伤的修复•潜在致死性损伤的修复细胞周期的再分布•细胞周期有不同的放射敏感性•敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期再充氧•乏氧细胞的放射敏感性较富氧细胞低2.5-3倍•分次放射治疗后，富氧细胞杀灭，乏氧细胞再充氧，放射敏感性增加血管氧浓度富氧乏氧坏死再增殖•正常组织修复损伤、增殖•肿瘤组织加速再增殖--克服：加速超分割，加用化疗等等•放疗的原理：肿瘤和正常组织在增殖和修复能力上的差异增殖的肿瘤细胞放射敏感性的概念肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退缩的速度和程度。包括肿瘤和正常组织对放射作用的相对反应放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比，与细胞的分化程度成反比放射敏感性的分类•高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性淋巴瘤•中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、非小细胞肺癌•低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、骨肉瘤及恶性黑色素瘤放射敏感性与放射治愈性放射敏感性与放射治愈性•不存在明确的相关性•放射敏感高的肿瘤往往分化程度低，恶性程度较高，容易发生远处转移，未必具有可治愈性喉鳞癌血管内侵犯1.3细胞存活曲线及早、晚反应组织细胞杀灭的“靶学说”•细胞的DNA双链中的某一特定区域存在关键位点即存在所谓的靶•靶受到放射损伤后将直接或间接引起细胞死亡•“单击单靶杀灭”：假设单次打击细胞内的单个关键靶点即可引起细胞的死亡（又称为α型细胞死亡）•“单击多靶杀灭”：假设细胞内有n个靶,只有把n个靶全部打中,细胞才会死亡(又称β型细胞死亡)细胞存活曲线及数学模型稀疏电离密集电离早、晚反应组织生物学特点•根据细胞增殖动力学，可把正常组织和肿瘤分成二大类，在临床上直接表现为放射反应出现时间的早晚。•增殖快的为早期反应组织或肿瘤，如皮肤和小肠上皮细胞等，增殖慢的为晚期反应组织或肿瘤如CNS，肺等组织。晚反应组织早反应组织人肿瘤及正常组织的/比值晚反应组织平均值2.9早反应组织平均值10.6肿瘤通常10大部分肿瘤的/比值与早反应组织接近或略大于早反应正常组织分割量与细胞生存细胞存活率单次剂量高/值：早反应组织大部分恶性肿瘤低/值：晚反应组织增殖缓慢的恶性肿瘤AB二.放疗临床总论2.1放疗的方式放射治疗方式•外照射，或称远距离放射:放射源位于体外一定距离,集中照射某一处组织,是最常用的方式•内照射，或称近距离放射：指放射源密闭后直接放在人体表面、自然腔道内或组织内前列腺癌的外照射与内照射四野外照射后前I125粒子植入内照射前列腺轮廓I125粒子12342.1放疗分类放射治疗分类根治性放疗--患者可生存较长时间,且无严重的后遗症姑息性放疗--以解除病人痛苦，提高生存质量为目的，如清洁溃疡、解除疼痛或压迫放射治疗为首选根治疗法1.颜面部皮肤癌2.鼻咽癌3.扁桃体癌、口咽癌放射治疗为主要治疗1.口腔癌(除齿龈癌以外)2.喉癌3.精原细胞瘤4.乳癌5.Hodgkin氏淋巴瘤与非Hodgkin淋巴瘤6.宫颈癌7.食管癌8.肺癌姑息性放射治疗(PalliativeRT)•对象:无法治愈的晚期癌症患者•目的:缓解症状,如止痛、止血、清洁溃疡，改善生活质量•要点:不因治疗而增加痛苦不是简单的推迟死亡,而是延长有意义的生命ToCure—SometimesToRelieve—AlwaysToEncourage—Forever姑息性放疗的常见指征•颅内转移(脑水肿)•食管阻塞•尿道/阴道出血•骨转移(预防病理性骨折、截瘫、止痛)